package 第9周_堆_优先队列和堆排序.第1章_最大堆_最小堆;

import 第3周_数据结构基础.第1章数据结构基础_数组.Array;

public class MinHeap<E extends Comparable<E>> {

    private Array<E> data;

    public MinHeap(int capacity){
        data = new Array<>(capacity);
    }

    public MinHeap(){
        data = new Array<>();
    }

    public MinHeap(E[] arr){
        data = new Array<>(arr);
        if (arr.length != 1){
            //从最后一个叶子节点的父节点开始，都要进行一个下沉操作
            for (int i = parent(arr.length - 1); i >= 0 ; i--) {
                siftDown(i);
            }
        }
    }

    /**
     * 返回最小堆中的元素个数
     * @return
     */
    public int getSize(){
        return data.getSize();
    }

    /**
     * 判断最小堆是否为空
     * @return
     */
    public boolean isEmpty(){
        return data.isEmpty();
    }

    /**
     * 返回完全二叉树的数组表示中，一个索引所表示的元素的父亲节点的索引
     * @param index
     * @return
     */
    private int parent(int index){
        if (index == 0){
            throw new IllegalArgumentException("索引错误");
        }
        return (index - 1) / 2;
    }

    /**
     * 返回完全二叉树的数组表示中，一个索引所表示的元素的左孩子节点的索引
     * @param index
     * @return
     */
    private int leftChild(int index){
        if (index == 0){
            throw new IllegalArgumentException("索引错误");
        }
        return index * 2 + 1;
    }

    /**
     * 返回完全二叉树的数组表示中，一个索引所表示的元素的右孩子节点的索引
     * @param index
     * @return
     */
    private int rightChild(int index){
        if (index == 0){
            throw new IllegalArgumentException("索引错误");
        }
        return index * 2 + 2;
    }

    /**
     * 向堆中添加元素
     * @param e
     */
    public void add(E e){
        data.addLast(e);
        siftUp(data.getSize() - 1);
    }

    private void siftUp(int k){
        while (k > 0 && data.get(parent(k)).compareTo(data.get(k)) > 0){
            data.swap(k, parent(k));
            k = parent(k);
        }
    }

    /**
     * 看堆中的最小元素
     * @return
     */
    public E findMin(){
        if (data.getSize() == 0){
            throw new IllegalArgumentException("堆为空！！");
        }
        return data.get(0);
    }

    /**
     * 删除堆中的最小元素
     * @return
     */
    public E extractMin(){
        E ret = findMin();

        //将最小的元素和堆中最后一个元素交换位置
        data.swap(0, data.getSize() - 1);
        //然后删除最后一个元素
        data.removeLast();

        //此时已经破坏了最小堆的结构了，所以得让0索引处的值 下沉到他该处的位置
        siftDown(0);

        return ret;
    }

    private void siftDown(int k){
        while (leftChild(k) < getSize()){
            int j = leftChild(k); //在此轮循环中，data[k]和data[j]交换位置

            //判断该节点的右节点是否越界 并且比较右节点大还是左节点大
            if (j + 1 < data.getSize() && data.get(j + 1).compareTo(data.get(j)) < 0){
                //如果右节点比较小，就将j指向右节点
                j++;
            }

            //该节点与其两个孩子节点中最小哪个作比较
            if (data.get(k).compareTo(data.get(j)) <= 0){
                break;
            }
            data.swap(j, k);
            k = j;
        }
    }

    /**
     * 取出堆中最小的元素，并且替换成e
     * @param e
     * @return
     */
    public E replace(E e){
        E ret = findMin();
        data.set(0, e);
        siftDown(0);
        return ret;
    }
}
